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Modellbasierte Softwareentwicklung für eingebettete Systeme verstehen und anwenden

E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
384 Seiten
Deutsch
dpunkt.verlagerschienen am20.07.2018
Die Beherrschung von Komplexität ist eine der größten Engineering-Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Themen wie das 'Internet der Dinge' (IoT) und 'Industrie 4.0' beschleunigen diesen Trend. Die modellgetriebene Entwicklung leistet einen entscheidenden Beitrag, um diesen Herausforderungen erfolgreich begegnen zu können.  Die Autoren geben einen fundierten Einstieg und praxisorientierten Überblick über die Modellierung von Software für eingebettete Systeme von den Anforderungen über die Architektur bis zum Design, der Codegenerierung und dem Testen. Für jede Phase werden Paradigmen, Methoden, Techniken und Werkzeuge beschrieben und ihre praktische Anwendung in den Vordergrund gestellt. Darüber hinaus wird auf die Integration von Werkzeugen, funktionale Sicherheit und Metamodellierung eingegangen sowie die Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation und die Notwendigkeit zum lebenslangen Lernen erläutert. Der Leser erfährt in diesem Buch, wie ein modellbasiertes Vorgehen nutzbringend in der Praxis für die Softwareentwicklung eingesetzt wird. Das Vorgehen wird unabhängig von Modellierungswerkzeugen vorgestellt. Zahlreiche Beispiele - exemplarisch auch auf Basis konkreter Werkzeuge - helfen bei der praktischen Umsetzung. Der Anhang bietet ausgehend von den Thesen des Manifests 'Modeling of Embedded Systems' eine Skizze eines Reifegradmodells für modellbasierte Softwareentwicklung, eine Kurzreferenz zu UML und SysML sowie ein Glossar. Auf der Buch-Website mdese.de finden sich Werkzeuge, Beispiele, Tutorials sowie weitere vertiefende Informationen zum Thema.

Tim Weilkiens ist Vorstand und Trainer der oose Innovative Informatik eG. Seine thematischen Schwerpunkte sind die Modellierung von Systemen, Software und Unternehmen. Er ist für oose Repräsentant bei der OMG und u.a. Koentwickler des Zertifizierungsprogramms OCEB und OCEB2. Alexander Huwaldt ist Geschäftsführer der SiSy Solutions GmbH, seit 2007 als UML Professional nach OMG-Standards zertifiziert und in der Softwareentwicklung tätig. Er ist Hochschuldozent für Mikrocontrollerprogrammierung, Software Engineering, UML, SysML und BPMN. Prof. Dr. Jürgen Mottok lehrt Informatik an der Hochschule Regensburg. Seine Lehrgebiete sind Embedded Software Engineering, Real-Time Systems, Functional Safety und IT-Security. Er ist in Programmkomitees zahlreicher wiss. Konferenzen vertreten. Stephan Roth ist Trainer und Berater bei der oose Innovative Informatik eG. Seine Schwerpunkte sind modellbasiertes Systems und Software Engineering, Softwaredesign und Softwarearchitektur sowie Software Craftsmanship und Clean Code Development. Andreas Willert ist Geschäftsführer der Willert Software Tools GmbH und als Trainer, Berater und Coach für Software und Systems Engineering tätig.mehr
Verfügbare Formate
BuchKartoniert, Paperback
EUR39,90
E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
EUR31,90
E-BookEPUBePub WasserzeichenE-Book
EUR31,90

Produkt

KlappentextDie Beherrschung von Komplexität ist eine der größten Engineering-Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Themen wie das 'Internet der Dinge' (IoT) und 'Industrie 4.0' beschleunigen diesen Trend. Die modellgetriebene Entwicklung leistet einen entscheidenden Beitrag, um diesen Herausforderungen erfolgreich begegnen zu können.  Die Autoren geben einen fundierten Einstieg und praxisorientierten Überblick über die Modellierung von Software für eingebettete Systeme von den Anforderungen über die Architektur bis zum Design, der Codegenerierung und dem Testen. Für jede Phase werden Paradigmen, Methoden, Techniken und Werkzeuge beschrieben und ihre praktische Anwendung in den Vordergrund gestellt. Darüber hinaus wird auf die Integration von Werkzeugen, funktionale Sicherheit und Metamodellierung eingegangen sowie die Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation und die Notwendigkeit zum lebenslangen Lernen erläutert. Der Leser erfährt in diesem Buch, wie ein modellbasiertes Vorgehen nutzbringend in der Praxis für die Softwareentwicklung eingesetzt wird. Das Vorgehen wird unabhängig von Modellierungswerkzeugen vorgestellt. Zahlreiche Beispiele - exemplarisch auch auf Basis konkreter Werkzeuge - helfen bei der praktischen Umsetzung. Der Anhang bietet ausgehend von den Thesen des Manifests 'Modeling of Embedded Systems' eine Skizze eines Reifegradmodells für modellbasierte Softwareentwicklung, eine Kurzreferenz zu UML und SysML sowie ein Glossar. Auf der Buch-Website mdese.de finden sich Werkzeuge, Beispiele, Tutorials sowie weitere vertiefende Informationen zum Thema.

Tim Weilkiens ist Vorstand und Trainer der oose Innovative Informatik eG. Seine thematischen Schwerpunkte sind die Modellierung von Systemen, Software und Unternehmen. Er ist für oose Repräsentant bei der OMG und u.a. Koentwickler des Zertifizierungsprogramms OCEB und OCEB2. Alexander Huwaldt ist Geschäftsführer der SiSy Solutions GmbH, seit 2007 als UML Professional nach OMG-Standards zertifiziert und in der Softwareentwicklung tätig. Er ist Hochschuldozent für Mikrocontrollerprogrammierung, Software Engineering, UML, SysML und BPMN. Prof. Dr. Jürgen Mottok lehrt Informatik an der Hochschule Regensburg. Seine Lehrgebiete sind Embedded Software Engineering, Real-Time Systems, Functional Safety und IT-Security. Er ist in Programmkomitees zahlreicher wiss. Konferenzen vertreten. Stephan Roth ist Trainer und Berater bei der oose Innovative Informatik eG. Seine Schwerpunkte sind modellbasiertes Systems und Software Engineering, Softwaredesign und Softwarearchitektur sowie Software Craftsmanship und Clean Code Development. Andreas Willert ist Geschäftsführer der Willert Software Tools GmbH und als Trainer, Berater und Coach für Software und Systems Engineering tätig.
Details
Weitere ISBN/GTIN9783960885931
ProduktartE-Book
EinbandartE-Book
FormatPDF
Format Hinweis1 - PDF Watermark
FormatE107
Erscheinungsjahr2018
Erscheinungsdatum20.07.2018
Seiten384 Seiten
SpracheDeutsch
Dateigrösse28285 Kbytes
Artikel-Nr.3676697
Rubriken
Genre9201

Inhalt/Kritik

Inhaltsverzeichnis
1;Vorwort;5
2;Inhaltsübersicht;7
3;Inhaltsverzeichnis;9
4;1 Einleitung;17
4.1;1.1 Warum gerade jetzt dieses Buch?;17
4.2;1.2 Wie sollte man dieses Buch lesen?;19
4.3;1.3 Was ist an eingebetteten Systemen so besonders?;20
4.4;1.4 Wie sieht das typische Zielsystem aus?;21
4.5;1.5 Fallbeispiele;23
4.5.1;1.5.1 Die Anlagensteuerung;23
4.5.2;1.5.2 Die Baumaschine;24
4.5.3;1.5.3 Das Energie-Monitoring-System;25
4.5.4;1.5.4 Das Beispielsystem SimLine;25
4.6;1.6 Das Manifest;26
5;2 Basiswissen;29
5.1;2.1 Was sind eingebettete Systeme?;29
5.2;2.2 Software Engineering für eingebettete Systeme;32
5.3;2.3 Der Qualitätsbegriff;35
5.3.1;2.3.1 Externe Qualität;35
5.3.2;2.3.2 Interne Qualität;35
5.3.3;2.3.3 Qualitätskriterien nach ISO/IEC 25010;36
5.4;2.4 Einführung in Model-Driven Software Engineering;39
5.5;2.5 Komplexität;40
5.6;2.6 Unser Gehirn als Engpass;42
5.7;2.7 Vorgehensweisen und Techniken, um einer steigenden Komplexität zu begegnen;43
5.8;2.8 Komplexen Systemen lässt sich nicht mit simplen Methoden begegnen;44
5.9;2.9 Verstehbarkeit und Redundanz;45
5.10;2.10 Was ist ein Modell?;49
5.11;2.11 Modelle helfen, die Zukunft vorwegzunehmen?;52
5.12;2.12 Modelle helfen zu abstrahieren?;54
5.13;2.13 Resümee: Nutzen von MDSE?;56
6;3 Modellbasierte Softwareprozesse und Toollandschaften;59
6.1;3.1 Klassifikation von Modellierungswerkzeugen;59
6.1.1;3.1.1 Modellierungswerkzeuge der Kategorie A (universelle Malwerkzeuge);63
6.1.2;3.1.2 Modellierungswerkzeuge der Kategorie B (spezialisierte Malwerkzeuge);63
6.1.3;3.1.3 Modellierungswerkzeuge der Kategorie C (einfache Modellierungswerkzeuge mit Modelldatenbank);63
6.1.4;3.1.4 Modellierungswerkzeuge der Kategorie D (vollständiger Zyklus einer Embedded-Software-Engineering-Werkzeugkette);64
6.2;3.2 Vorgehensmodelle;64
6.2.1;3.2.1 SYSMOD Zickzack trifft auf IBM Rational Harmony;65
6.2.2;3.2.2 Spezifikation oder Lösung?;66
6.2.3;3.2.3 Wiederverwendung;68
6.3;3.3 Best Practice für kleine Teams;69
7;4 Modellbasiertes Requirements Engineering;77
7.1;4.1 Requirements Engineering;77
7.2;4.2 Anforderungen in der Modellierung;78
7.3;4.3 Anforderungen und Architektur im Zickzack;80
7.4;4.4 Szenario: Modellbasierte Spezifikation mit UML erstellen;82
7.4.1;4.4.1 Überblick über Methode;82
7.4.2;4.4.2 Problemanalyse;82
7.4.3;4.4.3 Basisarchitektur;84
7.4.4;4.4.4 Systemidee und Systemziele;85
7.4.5;4.4.5 Stakeholder und Anforderungen;86
7.4.6;4.4.6 Systemkontext;87
7.4.7;4.4.7 Anwendungsfälle und Aktivitäten;88
7.4.8;4.4.8 Fachwissen;91
7.4.9;4.4.9 Szenarien;92
7.5;4.5 Mehr Modellierung: Ausführbare Spezifikation;93
7.6;4.6 Weniger Modellierung: Diagramme für Anforderungsdokumente;96
7.7;4.7 Neuentwicklung versus Weiterentwicklung;96
7.7.1;4.7.1 Basisarchitektur;97
7.7.2;4.7.2 Anwendungsfälle;97
7.7.3;4.7.3 Szenarien;97
8;5 Modellbasierte Architekturbeschreibung;99
8.1;5.1 Architektur - Was ist das eigentlich?;99
8.2;5.2 Die technische Softwarearchitektur;101
8.3;5.3 Architekturmuster und deren Bedeutung;104
8.4;5.4 Das Laufzeitsystem als Basismuster in eingebetteten Applikationen;106
8.5;5.5 Referenzmuster für eine Laufzeitarchitektur;110
8.5.1;5.5.1 Sensorik, Einlesen, Filtern, Bewerten;112
8.5.2;5.5.2 Transformation der Sensorik in Aktivitäten (Verarbeitung);113
8.5.3;5.5.3 Ausgabe der Daten und Ansteuerung der Aktoren;113
8.6;5.6 Fachliche Architektur;113
8.7;5.7 Architektur-Assessment;114
9;6 Modellbasiertes Softwaredesign;119
9.1;6.1 Gesichtspunkte der fachlichen Architektur und des Designs;119
9.2;6.2 Hierarchische Dekomposition;121
9.3;6.3 Diskretisierungs- und Laufzeiteffekte im Design;131
9.4;6.4 Softwaredesignprinzipien;134
9.4.1;6.4.1 Was ist ein Prinzip?;134
9.4.2;6.4.2 Grundlegende Designprinzipien;135
9.4.3;6.4.3 Designprinzipien in der Modellierung;139
9.5;6.5 Hardwareabstraktion;139
9.5.1;6.5.1 Ausgangssituation;140
9.5.2;6.5.2 Evolution der Mikrocontrollerprogrammierung in C;140
9.5.3;6.5.3 Die klassische Vorgehensweise mit der UML;143
9.5.4;6.5.4 Die graue Theorie;146
9.5.5;6.5.5 Lösungsansätze für die Modellierung;149
9.5.6;6.5.6 Lösungsansätze für die Codegenerierung;152
10;7 Modellbasiertes Testen;161
10.1;7.1 Warum eigentlich testen?;161
10.2;7.2 Nicht nur sicherstellen, dass es funktioniert;162
10.2.1;7.2.1 Ein angstfreies Refactoring ermöglichen;162
10.2.2;7.2.2 Besseres Softwaredesign;162
10.2.3;7.2.3 Ausführbare Dokumentation;163
10.2.4;7.2.4 Tests helfen, Entwicklungskosten zu sparen;163
10.3;7.3 Die Testpyramide;164
10.4;7.4 Test-Driven Development (TDD);167
10.4.1;7.4.1 Viel älter als vermutet: Test First!;167
10.4.2;7.4.2 TDD: Red - Green - Refactor;169
10.5;7.5 Model-Based Testing (MBT);170
10.6;7.6 UML Testing Profile (UTP);171
10.7;7.7 Ein praktisches Beispiel;172
10.8;7.8 Werkzeuge, die dieses Vorgehen unterstützen;179
11;8 Integration von Werkzeugen;187
11.1;8.1 Anforderungen an Schnittstellen zu Werkzeugen unterschiedlicher Disziplinen;188
11.1.1;8.1.1 Digital Twin;188
11.1.2;8.1.2 Traceability aus Safety-Gesichtspunkten;189
11.1.3;8.1.3 Projekt- und Workload-Management;189
11.2;8.2 Synchronisation der Daten zwischen Repositories;191
11.3;8.3 Zentrales Repository;192
11.4;8.4 Ein Werkzeug für alles;194
11.5;8.5 OSLC - Open Services for Lifecycle Collaboration;195
11.6;8.6 XMI - Austausch von Daten innerhalb der Fachdomäne MDSE;197
11.7;8.7 ReqIF zum Austausch von Anforderungen;197
11.8;8.8 FMI (Functional Mock-up Interface);198
11.9;8.9 SysML Extension for Physical Interaction and Signal Flow Simulation (SysPhS);199
11.10;8.10 AUTOSAR;200
11.11;8.11 Stand der Praxis;200
12;9 Modellbasierte funktionale Sicherheit;203
12.1;9.1 Funktionale Sicherheit;203
12.2;9.2 Entwurfsmuster der funktionalen Sicherheit;206
12.2.1;9.2.1 Zufällige und systematische Fehler;207
12.2.2;9.2.2 Symmetrische und diversitäre Redundanz;209
12.2.3;9.2.3 Architekturmuster;211
12.2.4;9.2.4 Monitor-Actuator Pattern (MAP);214
12.2.5;9.2.5 Homogenous Redundancy Pattern (HRP);216
12.2.6;9.2.6 Triple Modular Redundancy Pattern (TMR);218
12.2.7;9.2.7 SIL-Empfehlung für die Safety and Reliability Design Patterns;222
12.3;9.3 Vom Modell zum sicheren Quellcode: Coding-Standards für die sichere Programmierung;223
12.3.1;9.3.1 Normativer Hintergrund;223
12.3.2;9.3.2 MISRA-C und MISRA-C++;224
12.3.3;9.3.3 Prüfwerkzeuge;225
12.3.4;9.3.4 Codegenerierung;225
12.4;9.4 Das Safety and Reliability Profile der UML;226
12.5;9.5 Praktische Anwendung der Modellierung im Kontext sicherheitskritischer Systeme;227
12.5.1;9.5.1 Beweis der Korrektheit der Transformation;228
12.5.2;9.5.2 Verifikation der Qualität des Werkzeugs;229
12.5.3;9.5.3 Zertifiziertes Framework;229
12.6;9.6 Vorteile der modellgetriebenen Entwicklung im Safety- Kontext;230
12.6.1;9.6.1 Traceability;230
12.6.2;9.6.2 Semiformale Spezifikation;231
12.6.3;9.6.3 Normen empfehlen den Einsatz von formalen und/oder semiformalen Methoden und Notationen;232
12.6.4;9.6.4 Automatisierte Transformationen;232
12.6.5;9.6.5 Modellierungsrichtlinien (Guidelines);233
12.6.6;9.6.6 Dokumentation;234
12.7;9.7 Modellgetriebene Entwicklung mit der UML;234
13;10 Metamodellierung;237
13.1;10.1 Modell und Metamodell;237
13.2;10.2 UML-Metamodelle;239
13.3;10.3 EAST-ADL;241
13.4;10.4 AADL;246
13.5;10.5 Vergleich EAST-ADL und AADL;248
14;11 Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation;251
14.1;11.1 Ausgangslage;252
14.2;11.2 Vorgehen;253
14.2.1;11.2.1 Problem analysieren;253
14.2.2;11.2.2 Idee und Ziele des Vorgehens;254
14.2.3;11.2.3 Stakeholder und Anforderungen;255
14.2.4;11.2.4 Methodikkontext;256
14.2.5;11.2.5 Anwendungsfälle;256
14.2.6;11.2.6 Fachwissenmodell;258
14.2.7;11.2.7 Verifikation und Validierung;258
14.3;11.3 Auswahl der Modellierungssprachen;259
14.4;11.4 Auswahl der Modellierungswerkzeuge;260
14.5;11.5 Typische Fehler;261
14.5.1;11.5.1 Schnellstart;261
14.5.2;11.5.2 Übergewicht;261
14.5.3;11.5.3 Einsame Insel;262
14.5.4;11.5.4 Elfenbeinturm;262
14.5.5;11.5.5 Aus der Lernkurve fliegen;262
15;12 Lebenslanges Lernen;265
15.1;12.1 Lernen - die Sicht des Konstruktivismus;265
15.2;12.2 Kompetenzen - der Blick auf die modellbasierte Softwareentwicklung;267
15.3;12.3 Agilität - Lernen mit Methoden und Praktiken;270
15.4;12.4 Psychologische Grundlagen von Fehlern;277
15.4.1;12.4.1 Denkfallen als Fehlerursache;277
15.5;12.5 Software Craftsmanship - ein Beispiel;280
15.6;12.6 Modellierungskultur - ein Kodex;282
15.6.1;12.6.1 Manifest - Modeling of Embedded Systems;282
15.6.2;12.6.2 Big Picture - der Blick auf den Kodex einer Modellierungskultur;282
15.6.3;12.6.3 Moderation - die konstruktive Kommunikation;283
15.6.4;12.6.4 Reflexion - Lernen durch Reflektieren;284
15.6.5;12.6.5 Selbstverpflichtung - selbstgesteuertes Lernen als Entwickler und als Team;285
15.6.6;12.6.6 Teamradar - ein Feedbackbarometer;286
15.6.7;12.6.7 Experten als Teamcoach - Agenten der Veränderung;288
15.6.8;12.6.8 Funktionale Sicherheit - ein Beitrag der normativen Sicherheitskultur;288
16;13 Fazit;293
17;Anhang;295
18;A Ausblick: Skizze eines Reifegradmodells für MDSE;297
18.1;A.1 Hintergrund und Motivation;297
18.2;A.2 Die Skizze als ein Start - Diskussionsforum;299
18.3;A.3 Ausgangslage Manifest - Ziele kompakt;300
18.4;A.4 Die Reifegrade - der Weg in die Modellierungskultur;301
18.5;A.5 Evaluation und Fragenkatalog;308
19;B Kurzreferenz UML und SysML;311
19.1;B.1 Eine kurze Geschichte der UML;312
19.2;B.2 Aufbau und Architektur der UML;313
19.3;B.3 Anwendungsfalldiagramm;315
19.3.1;B.3.1 Akteur;315
19.3.2;B.3.2 Anwendungsfall;316
19.3.3;B.3.3 Anwendungsfallbeziehungen;316
19.4;B.4 Aktivitätsdiagramm;316
19.4.1;B.4.1 Aktivität und Aktivitätsparameter;317
19.4.2;B.4.2 Aktion und Pin;318
19.4.3;B.4.3 Kontroll- und Objektfluss;319
19.4.4;B.4.4 Start- und Endknoten;320
19.4.5;B.4.5 Entscheidung und Zusammenführung;320
19.4.6;B.4.6 Splitting und Synchronisation;320
19.5;B.5 Klassendiagramm;321
19.5.1;B.5.1 Klasse und Objekt;321
19.5.2;B.5.2 Attribut;322
19.5.3;B.5.3 Operation;322
19.5.4;B.5.4 Assoziation;323
19.5.5;B.5.5 Komposition;324
19.5.6;B.5.6 Generalisierung;324
19.5.7;B.5.7 Signal;324
19.5.8;B.5.8 Datentyp;325
19.5.9;B.5.9 Templates;325
19.6;B.6 Kompositionsstrukturdiagramm;326
19.6.1;B.6.1 Konnektor;327
19.6.2;B.6.2 Port;328
19.7;B.7 Sequenzdiagramm;330
19.7.1;B.7.1 Interaktion;330
19.7.2;B.7.2 Lebenslinie;331
19.7.3;B.7.3 Nachricht;332
19.7.4;B.7.4 Kombiniertes Fragment;332
19.7.5;B.7.5 Zeitliche Zusicherungen;333
19.8;B.8 Zustandsdiagramm;333
19.8.1;B.8.1 Zustandsautomat;334
19.8.2;B.8.2 Zustand;335
19.8.3;B.8.3 Transition;335
19.8.4;B.8.4 Start- und Endzustand;336
19.8.5;B.8.5 Pseudozustand;337
19.9;B.9 Paketdiagramm;338
19.9.1;B.9.1 Paket und Modell;338
19.9.2;B.9.2 Pakete importieren;339
19.9.3;B.9.3 Modellbibliothek;339
19.10;B.10 Querschnittselemente;339
19.10.1;B.10.1 Kommentar;339
19.10.2;B.10.2 Zusicherung;340
19.10.3;B.10.3 Trace-Beziehung;340
19.11;B.11 Profil;340
19.11.1;B.11.1 SysML;342
19.11.2;B.11.2 MARTE;345
19.11.3;B.11.3 UML Testing Profile (UTP);347
19.11.4;B.11.4 MDESE-Profil (basierend auf SYSMOD-Profil);348
20;C Glossar;351
21;D Literaturverzeichnis;371
22;Stichwortverzeichnis;379mehr

Autor

Tim Weilkiens ist Vorstand und Trainer der oose Innovative Informatik eG. Seine thematischen Schwerpunkte sind die Modellierung von Systemen, Software und Unternehmen. Er ist für oose Repräsentant bei der OMG und u.a. Koentwickler des Zertifizierungsprogramms OCEB und OCEB2.Alexander Huwaldt ist Geschäftsführer der SiSy Solutions GmbH, seit 2007 als UML Professional nach OMG-Standards zertifiziert und in der Softwareentwicklung tätig. Er ist Hochschuldozent für Mikrocontrollerprogrammierung, Software Engineering, UML, SysML und BPMN.Prof. Dr. Jürgen Mottok lehrt Informatik an der Hochschule Regensburg. Seine Lehrgebiete sind Embedded Software Engineering, Real-Time Systems, Functional Safety und IT-Security. Er ist in Programmkomitees zahlreicher wiss. Konferenzen vertreten.Stephan Roth ist Trainer und Berater bei der oose Innovative Informatik eG. Seine Schwerpunkte sind modellbasiertes Systems und Software Engineering, Softwaredesign und Softwarearchitektur sowie Software Craftsmanship und Clean Code Development.Andreas Willert ist Geschäftsführer der Willert Software Tools GmbH und als Trainer, Berater und Coach für Software und Systems Engineering tätig.
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